CIKS-128分组算法的相关密钥-差分攻击

分析研究了CIKS-128分组密码算法在相关密钥-差分攻击下的安全性.利用DDP结构和非线性函数的差分信息泄漏规律构造了一条高概率相关密钥-差分特征,并给出攻击算法,恢复出了192bit密钥;在此基础上,对剩余64bit密钥进行穷举攻击,恢复出了算法的全部256bit密钥.攻击所需的计算复杂度为2⁷⁷次CIKS-128算法加密,数据复杂度为2⁷⁷个相关密钥-选择明文,存储复杂度为2^25.4字节存储空间.分析结果表明,CIKS-128算法在相关密钥-差分攻击条件下是不安全的.     

Eagle-128算法的相关密钥-矩形攻击

该文利用高次DDO(Data Dependent Operations)结构的差分重量平衡性和SPN结构的高概率差分对构造了Eagle-128分组密码算法的两条5轮相关密钥-差分特征,通过连接两条5轮特征构造了完全轮相关密钥-矩形区分器,并对算法进行了相关密钥-矩形攻击,恢复出了Eagle-128算法的64 bit密钥。攻击所需的数据复杂度为281.5个相关密钥-选择明文,计算复杂度为2106.7次Eagle-128算法加密,存储复杂度为250 Byte存储空间,成功率约为0.954。分析结果表明,Eagle-128算法在相关密钥-矩形攻击条件下的有效密钥长度为192 bit。     

LBlock算法的相关密钥-不可能差分攻击

该文研究了LBlock分组密码算法在相关密钥-不可能差分条件下的安全性.利用子密钥生成算法的差分信息泄漏规律,构造了多条低重量子密钥差分链,给出了15轮相关密钥-不可能差分区分器.通过扩展区分器,给出了23轮和24轮LBlock算法的相关密钥-不可能差分攻击方法.攻击所需的数据复杂度分别为2^65.2和2^65.6个选择明文,计算复杂度分别为2^66.2次23轮LBlock算法加密和2^66.6次24轮LBlock算法加密,存储复杂度分别为2^61.2和2^77.2字节存储空间.与已有结果相比,首次将针对LBlock算法的攻击扩展到了23轮和24轮.     

Cobra-H64/128算法的相关密钥-差分攻击

本文研究了Cobra-H64/128分组密码算法在相关密钥-差分攻击下的安全性.针对Cobra-H64算法,利用新构造的相关密钥-差分路径和CP逆变换存在的信息泄露规律给出攻击算法1,恢复出了全部128bit密钥,相应的计算复杂度为2^40.5次Cobra-H64算法加密,数据复杂度为2^40.5个选择明文,存储复杂度为2^22bit,成功率约为1;针对Cobra-H128算法,利用新构造的相关密钥-差分路径给出攻击算法2,恢复出了全部256bit密钥,相应的计算复杂度为2^76次Cobra-H128算法加密,数据复杂度为2^76个选择明文,存储复杂度为2^16.2bit.分析结果表明,Cobra-H64/128算法在相关密钥-差分攻击条件下是不安全的.     

对轻量级密码算法MIBS的相关密钥不可能差分攻击

研究了轻量级分组密码算法MIBS抵抗相关密钥不可能差分的能力。利用MIBS-80密钥编排算法的性质,给出了一个密钥差分特征,并结合特殊明密文对的选取,构造了一个10轮不可能差分。在此不可能差分特征上进行扩展,对14轮的MIBS-80进行了攻击,并给出了复杂度分析。此攻击的结果需要的数据复杂度为254和时间复杂度为256。     

改进的减轮MIBS-80密码的中间相遇攻击

MIBS密码算法是一个Feistel结构的轻量级分组密码,广泛适用于资源严格受限的环境。该文利用多重集和有效的差分枚举方法,构造了8轮MIBS中间相遇区分器,并在新区分器的基础上,实现了12轮和13轮MIBS-80密码的中间相遇攻击。攻击过程利用差分传递的性质筛选明文对,利用MIBS-80密钥扩展算法中主密钥和轮密钥的关系减少密钥的猜测量,攻击12轮MIBS-80的时间复杂度为253.2,攻击13轮MIBS-80的时间复杂度为262。与已有中间相遇攻击的结果相比,该文对MIBS-80中间相遇攻击的轮数提高了2轮。     

数字视频广播通用加扰算法的不可能差分分析

数字视频广播通用加扰算法(DVB-CSA)是一种混合对称加密算法,由分组密码加密和流密码加密两部分组成。该算法通常用于保护视讯压缩标准(MPEG-2)中的信号流。主要研究DVB-CSA分组加密算法(DVB-CSA-Block Cipher, CSA-BC)的不可能差分性质。通过利用S盒的具体信息,该文构造了CSA-BC的22轮不可能差分区分器,该区分器的长度比已有最好结果长2轮。进一步,利用构造的22轮不可能差分区分器,攻击了缩减的25轮CSA-BC,该攻击可以恢复24 bit种子密钥。攻击的数据复杂度、时间复杂度和存储复杂度分别为253.3个选择明文、232.5次加密和224个存储单元。对于CSA-BC的不可能差分分析,目前已知最好结果能够攻击21轮的CSA-BC并恢复16 bit的种子密钥量。就攻击的长度和恢复的密钥量而言,该文的攻击结果大大改进了已有最好结果。     

MD-64算法的相关密钥-矩形攻击

该文针对MD-64分组密码算法在相关密钥-矩形攻击下的安全性进行了研究。分析了算法中高次DDO (Data Dependent Operations)结构、SPN结构在输入差分重量为1时的差分转移规律,利用高次DDO结构的差分特性和SPN结构重量为1的差分路径构造了算法的两条相关密钥-差分路径,通过连接两条路径构造了算法的完全轮的相关密钥-矩形区分器,并对算法进行了相关密钥-矩形攻击,恢复出了32 bit密钥。攻击算法所需的数据复杂度为262相关密钥-选择明文,计算复杂度为291.6次MD-64算法加密,存储复杂度为266.6 Byte存储空间,成功率约为0.961。分析结果表明,MD-64算法在相关密钥-矩形攻击条件下的安全性无法达到设计目标。     

轻量级分组密码算法ESF的相关密钥不可能差分分析

八阵图算法(ESF)是一种具有广义Feistel结构的轻量级分组密码算法,可用在物联网环境下保护射频识别(RFID)标签等资源受限的环境中,目前对该算法的安全性研究主要为不可能差分分析。该文通过深入研究S盒的特点并结合ESF密钥扩展算法的性质,研究了ESF抵抗相关密钥不可能差分攻击的能力。通过构造11轮相关密钥不可能差分区分器,在此基础上前后各扩展2轮,成功攻击15轮ESF算法。该攻击的时间复杂度为240.5次15轮加密,数据复杂度为261.5个选择明文,恢复密钥比特数为40 bit。与现有结果相比,攻击轮数提高的情况下,时间复杂度降低,数据复杂度也较为理想。     

对简化版LBLock算法的相关密钥不可能差分攻击

LBLOCK是吴文玲等人于2011年设计的一种轻量级密码算法。该文利用一个特殊的相关密钥差分特征,对19轮的LBlock算法进行了相关密钥不可能差分攻击,攻击的计算复杂度为O(270.0),所需要的数据量为264。进一步,提出了一种针对21轮LBlock的相关密钥不可能差分攻击,计算复杂度为O(271.5),数据量为263。     

韩国加密标准的安全性分析

SEED是韩国的数据加密标准,设计者称用线性密码分析攻击SEED的复杂度为2^335.4,而用本文构造的15轮线性逼近攻击SEED的复杂度为2³²⁸.为了说明SEED抵抗差分密码分析的能力,设计者首先对SEED的变体SEED^*做差分密码分析,指出9轮SEED*对差分密码分析是安全的;利用SEED^*的扩散置换和盒子的特性,本文构造SEED^*的9轮截断差分,因此10轮SEED^*对截断差分密码分析是不免疫的.本文的结果虽然对SEED的实际应用构成不了威胁,但是显示了SEED的安全性并没有设计者所称的那样安全.     

Making the Impossible Possible

This paper introduces new techniques and correct complexity analyses for impossible differential cryptanalysis, a powerful block cipher attack. We show how the key schedule of a cipher impacts an impossible differential attack, and we provide a new formula for the time complexity analysis that takes this parameter into account. Further, we show, for the first time, that the technique of multiple differentials can be applied to impossible differential attacks. Then, we demonstrate how this technique can be combined in practice with multiple impossible differentials or with the so-called state-test technique. To support our proposal, we implemented the above techniques on small-scale ciphers and verified their efficiency and accuracy in practice. We apply our techniques to the cryptanalysis of ciphers including AES-128, CRYPTON-128, ARIA-128, CLEFIA-128, Camellia-256 and LBlock. All of our attacks significantly improve previous impossible differential attacks and generally achieve the best memory complexity among all previous attacks against these ciphers.     

截断差分概率的上界估计与应用

截断差分分析是差分分析的一个变形。为说明一个密码算法能够抵抗截断差分分析,需要给出截断差分概率的上界。Masayuki Kanda等人就密码算法中S盒为GF(256)上的乘法逆变换和仿射双射变换复合而成时,提出了截断差分概率的上界一个猜想。该文就一般双射S盒给出了该概率上界问题的一个估计,Masayuki Kanda的猜想是该估计所考虑问题的一个特例,在一些情况下,该估计给出的上界与Masayuki Kanda的猜想接近。利用该结论可以衡量密码算法截断差分传递链概率的上界。该结论为分组密码抗截断差分分析的可证明安全性提供了理论依据。     

LBlock-s算法的不可能差分分析

LBlock-s算法是CAESAR竞赛候选认证加密算法LAC中的主体算法,算法结构与LBlock算法基本一致,只是密钥扩展算法采用了扩散效果更好的增强版设计.利用新密钥扩展算法中仍然存在的子密钥间的迭代关系,通过选择合适的14轮不可能差分特征,我们给出了对21轮LBlock-s算法的不可能差分分析.攻击需要猜测的子密钥比特数为72比特,需要的数据量为2⁶³个选择明文,时间复杂度约为2^67.61次21轮加密.利用部分匹配技术,我们也给出了直到23轮LBlock-s算法低于密钥穷举量的不可能差分分析结果.这些研究可以为LAC算法的整体分析提供参考依据.     

Multidimensional Differential‐Linear Cryptanalysis of ARIA Block Cipher

ARIA is a 128‐bit block cipher that has been selected as a Korean encryption standard. Similar to AES, it is robust against differential cryptanalysis and linear cryptanalysis. In this study, we analyze the security of ARIA against differential‐linear cryptanalysis. We present five rounds of differential‐linear distinguishers for ARIA, which can distinguish five rounds of ARIA from random permutations using only 284.8 chosen plaintexts. Moreover, we develop differential‐linear attacks based on six rounds of ARIA‐128 and seven rounds of ARIA‐256. This is the first multidimensional differential‐linear cryptanalysis of ARIA and it has lower data complexity than all previous results. This is a preliminary study and further research may obtain better results in the future.     

On Probability of Success in Linear and Differential Cryptanalysis

Despite their widespread usage in block cipher security, linear and differential cryptanalysis still lack a robust treatment of their success probability, and the success chances of these attacks have commonly been estimated in a rather ad hoc fashion. In this paper, we present an analytical calculation of the success probability of linear and differential cryptanalytic attacks. The results apply to an extended sense of the term “success” where the correct key is found not necessarily as the highest-ranking candidate but within a set of high-ranking candidates. Experimental results show that the analysis provides accurate results in most cases, especially in linear cryptanalysis. In cases where the results are less accurate, as in certain cases of differential cryptanalysis, the results are useful to provide approximate estimates of the success probability and the necessary plaintext requirement. The analysis also reveals that the attacked key length in differential cryptanalysis is one of the factors that affect the success probability directly besides the signal-to-noise ratio and the available plaintext amount.     

差分分析中的特征概率计算问题研究

该文指出了长期以来在差分密码分析中所采用的差分特征概率计算方法与差分分析基本原理不相符合的矛盾，对这一问题进行了深入研究，给出了二者等价的充分条件，力图解决差分分析方法的理论基础问题．     

对八阵图算法的不可能差分密码分析和线性密码分析

该文对八阵图(ESF)算法抵抗不可能差分密码分析和线性密码分析的能力进行了研究。ESF算法是一种具有Feistel结构的轻量级分组密码算法，它的轮函数为代换置换(SP)结构。该文首先用新的不可能差分区分器分析了12轮ESF算法，随后用线性密码分析的方法分析了9轮ESF算法。计算得出12轮不可能差分分析的数据复杂度大约为O(267)，时间复杂度约为O(2110.7)，而9轮线性密码分析的数据复杂度仅为O(235)，时间复杂度不大于O(215.6)。结果表明ESF算法足够抵抗不可能差分密码分析，而抵抗线性密码分析的能力相对较弱。